DE10061057A1 - Chip-Systeme zur kontrollierten Emission chemosensorisch wirkender Stoffe - Google Patents
Chip-Systeme zur kontrollierten Emission chemosensorisch wirkender StoffeInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen von Chip-Systemen zur kontrollierten Emission chemosensorisch wirkender Stoffe, insbesondere zur Erzeugung biologisch chemosensorischer Reaktionen. Die Chip-Systeme emittieren kontrolliert wie auch programmierbar chemosensorisch wirkende Stoffe, die geeignet sind, an chemosensorischen Rezeptoren biochemisch Transduktionen für neuronal vermittelte Signale an spezifische Strukturen des Zentralnervensystems auszulösen. Das neue Verfahren und seine Vorrichtungen ermöglichen für chemosensorisch aktive Naturstoffe und chemisch-synthetische Stoffe zahlreiche neue therapeutische und diagnostische Anwendungen.
Description
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zu Chip-Systemen zur kontrollierten
Emission chemosensorisch wirkender Stoffe, insbesondere zur Erzeugung biologisch
chemosensorischer Reaktionen.
Es ist bekannt, daß im biologischen Bereich zahlreiche Pflanzen Naturstoffe als Signale
emittieren, die biologische Reaktionen bei Insekten erzeugen, die entsprechende
Biosensoren, chemosensorische Antennenorgane, für diese Signale haben. Ebenso
können Insekten auch entsprechende chemische Signalstoffe in die Umwelt emittieren
und hierüber beispielsweise zur Nahrungsssuche oder zur Reproduktion
kommunizieren.
Bekannt ist, daß auch im Humanbereich sowie im Säugetierbereich mit Hilfe
chemosensorisch geruchsaktiver Stoffe erhebliche Einflüsse auf Körperfunktionen,
insbesondere im emotionalen Bereich, erzeugt werden können. Hierbei ist der erste
biologische Anlandungspunkt für solche chemosensorisch wirkenden Reize die
sogenannte Regio Olfactoria des Riechsinnesapparates, ein anatomisches Gebiet das im
oberen hinteren Bereich der dritten nasalen Muschel in der Nasenhöhle liegt. Dessen zur
Luftbahn der Nasenhöhle gewandte Oberfläche besteht aus primären Sinneszellen, die
ein Feld von Chemorezeptoren repräsentieren an denen eine sogenannte Transduktion,
eine biochemische Wandlung der Rezeptoren-Reaktion in Auslösung elektrischer
Potentiale erfolgt. Verarbeitungszentrum des zentralen Nervensystems für die von dort,
über die Umschaltstation des Bulbus Olfactorius zwischenverarbeiteten. Reizsignal ist
das Limbische System. Dieses spielt im Wechselspiel mit einigen anderen Strukturen,
insbesondere dem Hypothalamus und cortikalen Projektionen, eine koordinative, wie
auch integrierende Rolle eines "emotionalen Gehirns",
Im Rahmen verschiedener wissenschaftlicher biologischer und medizinischer
Untersuchungen mit unterschiedlichen transnasal inhalierten Geruchsstoffen, meist
solchen natürlichen Ursprungs, liessen sich sowohl Stimmungsänderungen wie auch
Veränderungen im EEG nachweisen (Diego MA et al. Int. J. Neurosci. 1998 96 (3/4)
217), wobei die EEG Änderungen auch Bezüge zur Art der Gerüche auswiesen (Lee,
CF et al., Ann. Physiol Anthrop. 1994 13 (5) 281; Harada, H. et al., Clin.
Electroencephalogr. 1998 29 (2) 96). Neurophysiologische Effekte konnten auch bei
Ratten im Riechhirn festgestellt werden (Zibrowski, E. M et al. Brain Res. 1998 800 (2)
207. Mehr spezifisch und ebenfalls nur beispielsweise sei noch auf Essverhalten und
Reproduktion eingegangen. So wurde festgestellt, daß übergewichtige Frauen auf die
Exposition von Nahrungsgerüchen mit einem anderen Muster der Speichelbildung
reagieren, als dies bei normalgewichtigen Frauen der Fall war (Epstein LH et al,
Psychosom. Med. 1996, 58 (2) 160). Bei Primaten liessen sich dabei Interaktionen des
orbitofrontalen Cortex mit elektrophysiologischen Reaktionen olfaktorischer Neurone
auf Essgerüche nachweisen (Critchley HD et. al J. Neurophysiol, 1996 (75 (4) 1673); O'
Doherty J. et al, Neuroreport 2000, 11 (2) 399), auch, daß unter anderem olfaktorische
Stimuli als Signale auf Nahrung erscheinen, diese sogar schon begannen bevor
Nahrungsaufnahme eintrat (Bray GA, Proc. Nutr. Soc., 2000, 59 (3) 373); Weibliche
Mäuse, die kopuliert haben und hiernach dem Geruch eines fremden Männchens
ausgesetzt werden, unterliegen hierdurch solchen hormonellen Änderungen, die in einer
Blockade ihrer Trächtigkeit (pregnancy block) resultieren (Kaba, H, et al.,
Neuroscience 1988, 25 (3) 1007; Li, CS. et al, Neurosci. Letter 1994, 176 (1) 5; , Kaba
H. et al, Science 1994, 265 (5169) 262).
Daß zentrale Effekte auch nicht auf Stoffe begrenzt sind, die gemeinhin in der
Pharmakologie als "Geruchsstoffe" angesehen werden, scheint auch für zahlreiche
andere Stoffe zu gelten. So löste beispielsweise das Neuropeptid Oxytocin, primär
angesehen als eine Art von Uterus- und Milchdrüsen spezifischem Hormon, bei
Auftragung auf die Regio Olfactoria, überraschenderweise bei Mäusen und Ratten
schnelle zentral angstlösende, anti-depressive und antiagressive Effekte aus. Dabei
wurde auch die Auslösung afferenter Nervensignale zu bestimmten involvierten
Hypothalamuskernen nachgewiesen (I. D. Neuman, et al. Abstract XXXIst. Congress
der Internat. Society of Psychoneuroendocriniology (ISPNE) Melbourne, Oct. 2000).
Aus diesen aufgerührten Beispielen ergibt sich, daß somit über eine olfaktorische Route
pharmakodynamisch tiefergreifende Effekte auslösbar sind.
Um chemosenorisch wirkende Stoffe aber geeignet zur Auslösung von Bioreaktionen
einsetzen zu können sowie die biologischen Effekte herbeizuführen, insbesondere für
therapeutische oder diagnostische Anwendungen, erfordert, daß die Stoffe auch in einer
geeignet kontrollierten Form emittiert werden müssen. Dies ist mit bisher bekannten
Vorrichtungen aber nicht erreichbar.
Der Zugang zur sensorischen Regio Olfactoria ist durch die anatomischen Bedingungen
dieser spezifischen Region bestimmt, insbesondere aber auch dadurch, daß es sich hier
um Chemorezeptoren aus Nervenstrukturen handelt, was auch die hohe Sensitivität
dieser Region erklärt und woraus sich auch die nur geringe Dosiserfordernis zur
Auslösung von Effekten ableitet. Weiterhin durch die Tatsache, daß es sich um eine
anatomisch kleine und verborgen lokalisierte Fläche handelt, die nur über Luftkanäle
erreicht werden kann. Eine Applikationsform, mit der ein Stoff diese Region erreichen
kann erfordert somit, entsprechend der biologisch natürlichen Funktionen dieser
Region, eine geeignet flüchtige Form, technisch somit Formulierungen mit in Gasen
feinst verteilt schwebenden Teichen, mit denen die Stoffe zu diesem spezifischen
Rezeptorareal transportiert werden.
Ein technische Möglichkeit wären Formulierungen, die herkömmlich als Nasensprays
bezeichnet werden. Bei den derzeit verfügbaren konventionellen Nasensprays erreicht
aber beispielsweise der quantitativ fast vollständige Anteil, der in diesen
Formulierungen enthaltenen Wirkstoffe nur den resorptiven Schleimhautbereich im
Bereich der unteren Nasenhöhle. Dies ist hier auch pharmazeutisch-technisch
beabsichtigt, da die pharmakokinetische Funktion von Nasensprays, als eine der
Varianten systemischer Verabreichungen, den Stoff-Transport über diese unspezifische
Nasenschleimhaut in das Blut fördern sollen, oder deren dortige lokale Absetzung
bedingen soll, um dort topische Wirkungen zu erzeugen. Demgegenüber besitzt aber
die, topographisch weit höher liegende, Regio Olfactoria, als ein sensorisches
Nervenorgan nicht über ein resorptives Epithel, sondern hat sogar diesem
entgegengesetzt eine sekretorische Funktion.
Bekannt sind auch sogenannte Riechstreifen, wie sie beispielsweise bei Parfümerien
oder Parfüm-Entwicklern für Geruchstests und eingesetzt sind. Dort werden bestimmte
Riechstoffe auf einen Papierstreifen getropft und diese dann zwecks grober qualitativer
Geruchsprobe an die Nase gehalten. Solcherart Hilfsmittel erlauben weder eine exakte
Stoffdosierung noch eine reproduzierbar kontrollierte Evaporation. So zeigen sie unter
anderem auch sofortige Verluste durch im kontrollierte Verdunstung und sind nicht
lagerfähig. So ist bekannt, daß UV-Licht viele, wenn nicht gar die meisten,
Geruchsstoffe zerstört. Daher sind Methoden wie ein einfaches ungeschütztes
Aufbringen der Stoffe auf Papiere oder Folien ungeeignet. Geringfügig besser
lagerfähig ist eine verbesserte Form von Riechpapieren, die als Geruchsmuster
eingesetzt werden, und bei denen die Riechstoffe vor ihrem Auftragen auf das Papier
erst in kleine kapselartige Partikel gefüllt sind. Die Hülle der Partikel reisst dann bei
äusserer mechanischer Druckeinwirkung auf. Hiernach entweicht aber auch hier die
darin eingeschlossene Geruchskomponente insgesamt, sowie unkontrolliert und ist dann
auch wieder thermischen Einflüssen und Lichteinflüssen ausgesetzt.
Keiner dieser bisherigen Ansätze genügt daher den technischen Erfordernissen, die an
ein kontrolliertes System angelegt werden müssen und das auch den Erfordernissen
therapeutischer oder diagnostischer Zwecke genügen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kontrollierte Emission chemosensorisch
wirkender Stoffe zu erreichen, insbesondere zur Erzeugung biologisch
chemosensorischer Reaktionen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Chip-Systeme zur kontrollierten Emission
chemosensorischer Stoffe eingesetzt werden und wobei die Chips-Systeme als
Mehrkomponentensysteme so zusammengesetzt sind, daß die chemosensorisch
wirkenden Stoffe in zweifacher Weise kontrolliert als flüchtige Gemische freigesetzt
werden, wobei die thermodyamische Diffusionsaktivität der Stoffe durch als Emissions-
Promoter dienende Hilfsstoffe und die Emissionsrate der Stoffe durch eine als
Diffusionskontrolle dienende Schicht kontrolliert wird, und wobei die Promotion
chemisch, physikalisch oder biologisch geregelt werden kann, und wobei sich eine
diesem entsprechende Vorrichtung zusammensetzt aus einer Trägerschicht mit den
chemosensorisch aktiven Stoffen, einer die Promoter enthaltenden Schicht, die mit
weiteren Schichten, die Hilfsvorrichtungen für die Promotion enthalten, verbunden sein
kann, einer Emissions-Kontrollschicht, die als Membran oder Polymermatrix
ausgebildet ist, sowie einem alle Komponenten einbeziehenden Träger an dessen
äusserer Linierseile sich eine Haftschicht zur Fixierung des Systems und an dessen
Oberseite sich eine von der Emissions-Kontrollschicht entfernbare Deckschicht
befinden kann.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung erfolgt, um den praktischen Einsatz zu
verbessern und auszuweiten, die Kontrolle der als Promoter dienenden Hilfsstoffe
mechanisch, thermisch, elektrisch, magnetisch, biologisch, chemisch oder biochemisch,
oder als eine Kombination solcher Massnahmen, wobei die Regelung der Promotion in
verschiedenen Programmfolgen erfolgen kann und als open-loop oder closed loop
Technik ausgestattet sein kann.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind, um den praktischen Einsatz zu
verbessern und auszuweiten, als Promoter äthanolische Lösungen, ätherische Öle,
chemisch-synthetische Stoffe die mit äthanolischen oder ätherischen Ölen vergleichbare
physikochemische Eigenschaften besitzen, technische oder natürliche Gase eingesetzt,
die im Ausgangszustand in unterschiedlichem Aggregatzustand vorliegen können, und
die einzeln oder in Form von Kombinationen eingesetzt sind.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung bestehen, um den praktischen Einsatz zu
verbessern und auszuweiten, die zur Diffusionskontrolle eingesetzten Membranen oder
Matrices aus Naturstoffen oder künstlich synthetischen Polymeren.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung liegen, um den praktischen Einsatz zu
verbessern und auszuweiten, die räumlichen Dimensionen im Bereich von Zentimetern
bis zu Mikrometern.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind, um den praktischen Einsatz zu
verbessern und auszuweiten, die Chip-Systeme direkt kombiniert mit technischen
Vorrichtungen, die die Quantität und Zusammensetzung von Luft beeinflussen oder
kontrollieren, insbesondere mit Vorrichtungen zur Beeinflussung von Luftströmung,
Lufttemperatur, Luftionisation, Luftfilterung, Luftaromatisierung und Luftfeuchtigkeit.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden, um den praktischen Einsatz zu
verbessern und auszuweiten, als Materialien flexible, dehnbare, transparente, elektrisch
leitende. Licht emittierende oder Licht absorbierende, Wärme speichernde oder Wärme
emittierende, magnetische Materialien, stromleitende Metallfolien, stromleitende
Kunststoffe, elektronische Komponenten, poröse natürliche oder synthetische
Polymere als Komponenten verarbeitet.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung verfügen, um den praktischen Einsatz zu
verbessern und auszuweiten, die Chip-Systeme über Vorrichtungen, mit denen der
aktuelle Gehalt an chemosensorisch wirkenden Stoffen angezeigt wird.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung erfolgt, um den praktischen Einsalz zu
verbessern und auszuweiten, die Produktion der Chip-Systeme insgesamt oder in Teilen
mit physikalischen, chemischen oder biologischen Mitteln oder einer Kombination
hieraus.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind, um den praktischen Einsatz zu
verbessern und auszuweiten, die Chip-Systeme aus mehreren gleichen oder
unterschiedlichen Chip-Systemen zu komplexen Kombinationen erweitert.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung erfolgt, um den praktischen Einsatz zu
verbessern und auszuweiten, in den Chip-Systemen ein Einsatz aller natürlichen und
chemisch-synthetischen Stoffe, die zur Beeinflussung von Störungen des zentralen oder
vegetativen Nervensystems geeignet sind, insbesondere von Verhaltensstörungen,
Stress-Symptomen, Angst- und Aggressionsstörungen, Ess- und Gewichtsstörungen,
sexuellen Störungen, Reproduktionsstörungen, Schmerzen, Gefäss- und
Kreislaufstörungen, wobei diese als Einzelstoffe oder in Kombinationen vorliegen
können.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung erfolgt, um den praktischen Einsatz zu
verbessern und auszuweiten, der Einsatz aller Stoffe die, im Humanbereich, im
tierischen oder pflanzlichen Bereich, sowie allen diesbezüglichen Umweltsystemen in
biologischen Regulationsprozessen als chemosensorisch aktive Signalstoffe wirken,
einschließlich ihrer natürlichen oder chemisch-synthetischen Analoga, Metabolite,
Derivate, Isomeren und Antagonisten, als Einzelstoffe oder in Form von
Kombinationen.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung erfolgt, um den praktischen Einsatz zu
verbessern und auszuweiten, der Einsatz alle chemosensorischen Stoffe, die in
natürlichen oder künstlichen Nahrungsmitteln, pharmazeutischen Erzeugnissen,
veterinärmedizinischen Erzeugnissen, Produkten für die Gesundheits- oder
Körperpflege, in Kosmetikartikeln oder in Parfümartikeln enthalten sind, einschließlich
aller ihren natürlichen oder chemisch-synthetischen Analoga, Metabolite, Derivate,
Isomeren oder Antagonisten, als Einzelstoffe oder in Form von Kombinationen.
Vorteile der Erfindung ergeben sich insbesondere dadurch, daß die beschriebenen Chip-
Systeme die chemosensorisch aktiven Substanzen, auch über länger vorgegebene
Zeiträume reproduzierbar und in vorgegebenen Dosen freisetzen können. Dies kann
zudem entweder in Form passiver oder aktiver Emissionsysteme erfolgen. Bei passiven
Systemen sind die Emissionsbedingungen durch die entsprechenden Parameter der
Komponenten, beispielsweise Porosität der Membran, Art der Promoter,
Aggregatzustände, etc. vorgegeben. Aktive Chip-System sind möglich durch interne
Implementierung von Steuer- und Kontrollkomponenten, womit die Prozesse auch
programmiert erfolgen können. Beispielsweise sind dabei innerhalb eines Chip-Systems
unterschiedliche Kontrollvorrichtungen, sowohl für die Emission selbst, wie auch die
Prozesse zu deren Promotion untergebracht. Hierbei spielen insbesondere kontrollierte
Beeinflussungen thermodynamischer Aktivitäten, somit Steuerungen über
Wärmeprozesse, eine wesentliche Rolle. So können beispielsweise physiologisch nicht
detektierbare Minima chemosensorischer Stoffen in erwärmten Transportphasen oft
noch physiologisch detektierbar werden, d. h. ein chemosensorisch aktives Potential
erreichen. Je nach Erfordernis und Anwendungsziel können die Kontrollelemente der
Chip-Systeme dabei in alle oder nur in Teilprozesse implementiert sein und dabei
entweder als "open-loop" Systeme oder als rückkoppelnde "closed-loop" Systeme
ausgestaltet sein. Hiermit lassen sich sowohl unterschiedliche Anwendungen
ermöglichen und Freisetzungskinetiken auch exakt den neurophysiologischen
Bedingungen chemosenorischer rezeptiver Organe anpassen, so beispielsweise
Emissionen in bestimmten Zeitintervallen pulsen. Ebenso können in die Chip-Systeme
auch verschiedene Meßsysteme zur Aktivitätskontrolle integriert werden, beispielsweise
solche, mit denen die Stoffe und deren aktueller Gehalt angezeigt werden kann, woraus
sich Aussagen über die aktuelle Aktivität des Chip-Systems ergeben.
Einzelne Chip-Systeme lassen sich ihrerseits wieder zu komplexen Chip-Gruppen
modulmässig erweiternd zusammensetzen. Hierbei sind Anwendungen zahlreicher
weiterer Stoffkombinationen möglich. So lassen sich durch solche komplexen
Kombinationen Emissionsmuster sowohl qualitativ modifizieren oder auch quantitativ
verstärken. Weiterhin können die Chip-Systeme auch mit externen Vorrichtungen
kombiniert werden, beispielsweise mit externen Wärmequellen oder solchen
Vorrichtungen, die die Richtung und Konvektionsstärke der emittierten Stoffe
beeinflussen.
Die Chip-Systeme ermöglichen Anwendungen bei verschiedenen biologischen
Fragestellungen. Bei humantherapeutischen Anwendungen, beispielsweise im Bereich
mentaler Stimmungsstörungen, ergibt eine Auslösung biologisch chemosensorischer
Reaktionen gegenüber den Effekten einer systemischen Verabreichung üblicher
Psychopharmaka, signifikante Vorteile. Zentral aktive Psychopharmaka, erzeugen eine
erhebliche Anzahl unerwünschter Nebenwirkungen zu denen auch verschiedene
Leistungsminderungen gehören. Sie haben zudem den besonderen Nachteil, daß ihre
therapeutischen Effekte oft erst Wochen nach Beginn ihrer Einnahme erkennbar
werden. Eine wesentliche Ursache dazu ist deren systemische Verabreichung. Eine
systemische Verabreichung, zum Beispiel orale Anwendung mit Tabletten, beinhaltet
die Verteilung des eingenommenen Stoffes im gesamten Körper, wobei nur ein kleiner
Anteil der verabreichten Substanz, sofern er hierbei die Blut-Hirn Barriere überwinden
kann, dann letztlich auch sein Ziel im Zentralen Nervensystem erreicht. Folglich sind
solche Effekte weitgehend unspezifisch und nicht gut kontrollierbar. Demgegenüber
bewirken die chemosensorischen Chip-Systeme, daß über die olfaktorische Route mit
einem direkter und biologisch wirkenden Mechanismus die chemisch molekularen
Informationen der emittierten Stoffe, rasch und selektiv in neuronale Aktivitäten
umgesetzt wird. Dieses neuronale Vorgehen erzeugt zudem mit weit geringeren Dosen
einen schnelleren Wirkeintritt, sowie eine höhere Therapiesicherheit. Durch
Ausbildung der Chip-Systeme aus und/oder mit flexiblen oder dehnbaren Materialien
oder Komponenten, können die Systeme auch pflasterartig und reversibel am Körpers
fixiert werden.
Als ein weiteres Beispiel zur Anwendungsbreite können die Chip-Systeme auch auf
körpernahem Gegenständen oder Kleidung angebracht werden, so unter anderem zur
Emission von chemosensorisch und spezifischen Repellentien gegen stechende oder
saugende Insekten, wobei durch solch eine Massnahmen die Gefahr der Übertragung
von Infektionen verringert werden kann.
Ein technischer Vorteil ist, daß die Chip-Systeme mit üblichen Produktionsmitteln in
größeren Mensen wirtschaftlich, exakt genormt sowie reproduzierbar gefertigt werden
können. Weiterhin können sie anwendungsbezogen variabel dimensioniert werden und
die technische Ausgestaltung der Chip-Systeme erlaubt eine Produktion in erheblich
unterschiedlichen Dimensionen, bis hin zum Mikromaßstab. Einsetzbar für die
Massenproduktion sind dabei, sowohl in Teilprozessen, wie auch insgesamt
beispielsweise solche Produktionsformen, wie sie bei Drucktechniken oder im Bereich
der Mikroelektronik eingesetzt werden. Hierdurch wird auch eine Produktion kleiner
Serien, wie auch die nach individuellen Vorgaben, möglich. Insgesamt sind sie daher
für jene technischen Erfordernissse geeignet, wie sie z. B. die Vorschriften für eine
Produktion zu pharmazeutischen oder biotechnischen Zwecken verlangt.
Durch ihre Ausgestaltungsmöglichkeiten, unter Einsatz verschiedener technischer
Materialien, bieten die Chip-Systeme zudem kontrollierte Lagerbedingungen, damit
Stabilität und Hygiene auch für empfindliche Stoffe, beispielsweise lichtempfindliche,
temperaturempfindliche oder oxydationsempfindliche Stoffe. Weiterhin lassen sich die
Chip-Systeme auch unterschiedlichen Umweltbedingungen anpassen, beispielsweise
staubdicht oder wasserdicht gestalten.
Technische prinzipielle Beispiele zum Verfahren sowie den Vorrichtungen für
geeignete Chip-Systeme, ohne es auf diese Beispiele beschränken zu wollen, sind
nachfolgend erläutert.
Abb. 1 zeigt im schematischen Querschnitt den prinzipiellen Aufbau eines Chip-
Systems, bei dem sich in einer gemeinsamen Chip-Trägermatrix (1) eine Trägerschicht
mit den chemosensorisch aktiven Stoffen befindet (2). Diese ist ihrerseits eingebettet
zwischen einer über ihr liegenden, als Membran ausgebildeten, Emissions-
Kontrollschicht (3) und einer unter ihr liegenden Komponenten als Promoter-Schicht
(4), die beispielsweise Lösungsmittel und/oder Trägervehikel zur Evaporation enthalten
kann, und die ihrerseits gegebenenfalls noch mit Reservoirschichten für
Promotersubstanz verbunden sein kann. Auf der Unterseite der Chip-Trägermatrix
befindet sich eine Adhesiv-Schicht (5), die vor Gebrauch noch mit einer Abdeckschicht
(6) versehen ist. Auf der Oberseite der Emissions-Kontrollschicht (3) befindet sich eine
entfernbare Deckschicht (7). Nach Entfernung der Deckschicht beginnt durch die
Kontrollmembran die Emission der chemosensorischen Stoffe durch Diffusion. Dieser
Vorgang wird durch die, in die Stoff-Schicht nachdiffundierenden, Promoter-
Substanzen unterstützt und verstärkt.
In Abb. 2 ist das gleiche Chip-System noch durch eine thermoaktive Massnahme
ergänzt, bei der die Promotersubstanz durch eine Heizspirale (8) kontrolliert erwärmt
wird. Die Steuerung von Kontrollen, Energieversorgung oder sonstigen Messvorgängen,
erfolgt durch in das Chip-System integrierte elektronischen Microchips (9). Abb.
3 zeigt das gleiche System noch einmal schematisch in einem Explosionsschema.
Abb. 4 zeigt einen prinzipiellen schematischen Aufbau im Querschnitt, bei dem der
Aufbau durch Verwendung eines gemeinsamen Matrix-Systems realisiert ist. Die
Trägermatrix (1) ist dabei ein für alle operationalen Komponenten gemeinsames Polymer,
in das alle Komponenten (2, 3,4), ohne ein eigenes Trägersubstrat, schichtweise
eingebracht sind. Eine Reservoir-Funktion für die Promoter-Substanzen (4) ist dabei hier
in solcher Art realisiert, daß diese in zwei unterschiedlichen Phasen vorliegt. Eine Phase
ist hierbei eine schnell diffundierende Form, während die zweite Phase retardiert
freisetzt, was beispielsweise in Form retardiert freisetzender Trägerpartikel (10) realisiert
sein kann. Die Emissions-Kontrollschicht entspricht hier ebenfalls dem Material des
Trägerpolymers und ist auf der Oberseite nur als eine sehr dünne Schicht aufgetragen.
Abb. 5 zeigt den gleichen schematischen Aufbau mit Ergänzung durch eine
integrierte aktive Kontrolleinheit (8, 9), wie sie entsprechend schon in den Abb. 2
und 3 dargestellt ist.
Abb. 6 zeigt eine parallele Anbringung von operationalen Schichten. Hierbei sind
die Emissions-Kontrollkomponente (3) und die Stoff-Schicht (2) übereinander
angebracht, während die Promoter-Schicht (4) in der gleichen Ebene wie die Stoff-
Schicht angebracht ist. Über der Promoter-Schicht befindet sich eine spezifische
Abdeckung (11), die als ein thermischer Wärmeabsorber ausgestattet sei kann. Damit
wird die darunterliegende Promoter-Schicht angewärmt, was zu einem erhöhten
Diffusionsdruck zur Stoff-Lage führt. Diese parallele Ausgestaltungsform der
chemosensorischen Chip-Systeme, lässt sich somit flacher erstellen. Abb. 7 zeigt
den gleichen Aufbau von Abb. 6 als ein Explosionsschema.
Claims (13)
1. Verfahren und Vorrichtungen von Chip-Systemen zur kontrollierten Emission
chemosensorisch wirkender Stoffe, insbesondere zur Erzeugung biologisch
chemosensorischer Reaktionen, dadurch gekennzeichnet, daß die Chips-Systeme als
Mehrkomponentensysteme so zusammengesetzt sind, daß die chemosensorisch
wirkenden Stoffe in zweifacher Weise kontrolliert als flüchtige Gemische freigesetzt
werden, wobei die thermodyamische Diffusionsaktivität der Stoffe durch als Emissions-
Promoter dienende Hilfsstoffe und die Emissionsrate der Stoffe durch eine als
Diffusionskontrolle dienende Schicht kontrolliert wird, und wobei die Promotion
chemisch, physikalisch oder biologisch geregelt werden kann, und wobei sich eine
diesem entsprechende Vorrichtung zusammensetzt aus einer Trägerschicht mit den
chemosensorisch aktiven Stoffen, einer die Promoter enthaltenden Schicht, die mit
weiteren Schichten, die Hilfsvorrichtungen für die Promotion enthalten, verbunden sein
kann, einer Emissions-Kontrollschicht, die als Membran oder Polymermatrix
ausgebildet ist, sowie einem alle Komponenten einbeziehenden Träger, an dessen
äusserer Unterseite sich eine Haftschicht zur Fixierung des Systems und an dessen
Oberseite sich eine von der Emissions-Kontrollschicht entfernbare Deckschicht,
befinden kann.
2. Verfahren und Vorrichtungen nach Anspruch 1, dadurch kennzeichnet, daß in ihnen
die Kontrolle der als Promoter dienenden Hilfsstoffe mechanisch, thermisch, elektrisch,
magnetisch, biologisch, chemisch oder biochemisch, oder als eine Kombination
solcher Massnahmen erfolgt, wobei die Regelung der Promotion in verschiedenen
Programmfolgen erfolgen und als open-loop oder closed loop Technik ausgestattet sein
kann.
3. Verfahren und Vorrichtungen nach Anspruch vorhergehenden Ansprüchen, dadurch
gekennzeichnet, daß in ihnen als Promoter äthanolische Lösungen, ätherische Öle,
chemisch-synthetische Stoffe die mit äthanolischen oder ätherischen Ölen vergleichbare
physikochemische Eigenschaften besitzen, technische oder natürliche Gase eingesetzt
werden, diese im Ausgangszustand in unterschiedlichem Aggregatzustand vorliegen
können, und einzeln oder in Form von Kombinationen eingesetzt sind.
4. Verfahren und Vorrichtungen nach vorhergehenden Ansprüchen, dadurch
gekennzeichnet, daß die in ihnen zur Diffusionskontrolle eingesetzten Membranen oder
Matrices aus Naturstoffen oder künstlich synthetischen Polymeren bestehen.
5. Verfahren und Vorrichtungen nach vorhergehenden Ansprüchen, dadurch
gekennzeichnet, daß deren räumliche Dimensionen im Bereich von Zentimetern bis zu
Mikrometern liegen können.
6. Verfahren und Vorrichtungen nach vorhergehenden Ansprüchen, dadurch
gekennzeichnet, daß diese direkt kombiniert sind mit technischen Vorrichtungen, die
die Quantität und Zusammensetzung von Luft beeinflussen oder kontrollieren,
insbesondere Vorrichtungen zur Beeinflussung von Luftströmung, Lufttemperatur,
Luftionisation, Luftfilterung, Luftaromatisierung und Luftfeuchtigkeit.
7. Verfahren und Vorrichtungen nach vorhergehenden Ansprüchen, dadurch
gekennzeichnet, daß in ihnen als Materialien flexible, dehnbare, transparente, elektrisch
leitende. Licht emittierende oder Licht absorbierende, Wärme speichernde oder Wärme
emittierende, magnetische Materialien, stromleitende Metallfolien, stromleitende
Kunststoffe, elektronische Komponente, poröse natürliche oder synthetische Polymere
als Komponenten verarbeitet sind.
8. Verfahren und Vorrichtungen nach vorhergehenden Ansprüchen, dadurch
gekennzeichnet, daß sie über Vorrichtungen verfügen, mit denen der aktuelle Gehalt
an chemosensorisch wirkenden Stoffen angezeigt wird.
9. Verfahren und Vorrichtungen nach vorhergehenden Ansprüchen, dadurch
gekennzeichnet, daß deren Produktion insgesamt oder in Teilen mit physikalischen,
chemischen oder biologischen Mitteln oder einer Kombination hieraus erfolgt.
10. Verfahren und Vorrichtungen nach vorhergehenden Ansprüchen, dadurch
kennzeichnet, daß diese aus mehreren gleichen oder unterschiedlichen Chip-Systemen
zu komplexen Kombinationen erweitert sind.
11. Verfahren und Vorrichtungen nach vorhergehenden Ansprüchen, dadurch
gekennzeichnet, daß in ihnen alle natürlichen und chemisch-synthetischen Stoffe
eingesetzt sind, die zur Beeinflussung von Störungen des zentralen oder vegetativen
Nervensystems geeignet sind, insbesondere von Verhaltensstörungen, Stress-
Symptomen, Angst- und Aggressionsstörungen, Ess- und Gewichtsstörungen,
sexuellen Störungen, Reproduktionsstörungen, Schmerzen, Gefäss- und
Kreislaufstörungen, und als Einzelstoffe oder in Kombinationen vorliegen können.
12. Verfahren und Vorrichtungen nach vorhergehenden Ansprüchen, dadurch
gekennzeichnet, daß in ihnen alle Stoffe eingesetzt sind, die im Humanbereich, im
tierischen oder pflanzlichen Bereich, sowie allen diesbezüglichen Umweltsystemen, in
biologischen Regulationsprozessen als chemosensorisch aktive Signalstoffe wirken,
einschließlich ihrer natürlichen oder chemisch-synthetischen Analoga, Metabolite,
Derivate, Isomeren und Antagonisten, als Einzelstoffe oder in Form von
Kombinationen.
13. Verfahren und Vorrichtungen nach vorhergehenden Ansprüchen, dadurch
gekennzeichnet, daß in ihnen alle chemosensorischen Stoffe eingesetzt sind, die in
natürlichen oder künstlichen Nahrungsmitteln, pharmazeutischen Erzeugnissen,
veterinärmedizinischen Erzeugnissen, Produkten für die Gesundheits- oder
Körperpflege, Kosmetikartikeln oder Parfümartikeln enthalten sind, einschließlich aller
ihren natürlichen oder chemisch-synthetischen Analoga, Metabolite, Derivate, Isomeren
oder Antagonisten, einzeln oder in Kombination.
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